پایان نامه مقایسه تاثیر آزمایشگاه حقیقی و مجازی بر یادگیری علوم تجربی

پایان نامه جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد "M.A"

بهمن ماه 1393

منابع فارسی  

چکیده

هدف از پژوهش حاضر مقایسه تاثیر آزمایشگاه واقعی و مجازی بر یادگیری درس علوم تجربی بود. جامعه آماری شامل 96 نفر از دانش آموزان پسر پایه هفتم دوره اول متوسطه مدرسه نمونه دولتی شهید چمران شهرستان پیشوا بود و نمونه ها شامل 2 گروه 31 نفری که بصورت تصادفی انتخاب شدند. روش پژوهش، شبه آزمایشی و ابزار پژوهش آزمون محقق ساخته بود. طرح پژوهش بصورت پیش آزمون  پس آزمون بود و برای آموزش گروه مجازی از نرم افزار شبیه سازی شده کروکودیل شیمی و فیزیک استفاده شد. تحلیل داده ها با استفاده از آمار توصیفی و استنباطی و آزمون تحلیل کوواریانس صورت پذیرفت. نتایج حاکی از آن بود که روش آزمایشگاه مجازی موجب افزایش یادگیری دانش آموزان شده است.

کلید واژه ها: آزمایشگاه واقعی، آزمایشگاه مجازی، یادگیری، علوم تجربی، نرم افزار کروکودیل

فصل اول

کلیات پژوهش

مقدمه

علوم تجربی یکی از دانشها و معرفتهای بشری است که یافته های آن از روش تجربی به دست می آید و ملاک یا معیار درستی آنها، انطباق داشتن با مشاهدات تجربی است.

هدف از آموزش علوم تجربی، آموزش پدیده هایی است که در زندگی روزانه مشاهده می شود. در همه نظامهای آموزشی جهان، آموزش و یادگیری علوم تجربی از جایگاه ویژه ای برخوردار بوده و تلاش می شود تا همه دانش آموزان، ضمن آشنایی با اصول و مفاهیم علوم تجربی و کسب سواد علمی لازم، آگاهیهای لازم برای تبدیل شدن به یک شهروند مطلوب را کسب کنند. دانش آموزان با کسب آگاهی و مهارت لازم در زمینه های مختلف علوم، قادر خواهند بود تا در زندگی خود تصمیمات آگاهانه و منطقی بگیرند. فعالیتهای آزمایشگاهی یکی از ارکان اصلی آموزش علوم تجربی محسوب شده و موجبات رشد دانش علمی، مهارت ها و نگرشهای علمی دانش‌آموران را فراهم می‌سازند. انجام فعالیتهای آزمایشگاهی علاوه بر تثبیت یادگیری و افزایش میزان ماندگاری مفاهیم آموخته شده، سبب تقویت مهارت دست ورزی و کسب لازم می‌گردد که در زندگی روزانه مورد استفاده قرار گرفته و زمینه‌های نوآوری، خلاقیت و تفکر انتقادی را در فراگیران فراهم می‌سازد.

در برنامه درسی کشورهای موفق در آموزش علوم تجربی، استفاده از آزمایشگاه و انجام فعالیت‌های عملی، بخش جدایی ناپذیری از موضوع درسی است و تاکید زیاد بر تحقق اهداف مهارتی و نگرشی سبب شده است تا توجه خاصی به رشد مهارت‌های دست‌ورزی صورت پذیرد   ( بدریان، 1385) .اما برخی مشکلات در انجام آزمایش های حقیقی همچون عدم وجود امکانات لازم در آزمایشگاه، خطرناک بودن بخشی از فعالیت های آزمایشگاهی و موارد دیگر باعث شده اکثر دبیران در انجام آزمایش بصورت واقعی اهتمام لازم را نداشته باشند.

از طرفی پیشرفت های جهانی در فناوری اطلاعات و ارتباطات باعث گسترش وسیع فرصت های یادگیری و دسترسی به منابع تحصیلی و آموزشی شده است. بکارگیری این فناوری های جدید موجب تسریع و تسهیل فراوان در تعلیم و تربیت شده است که آموزش و پرورش نیز از این تحولات مستثنی نبوده است (آلفاسی[1]، 2000 نقل از بختیاری و احمدی، 1386 نقل از رضوانی، 1393). در سال های اخیر آموزش مجازی به عنوان یکی از کاربردهای مهم فناوری های جدید در جهان مطرح گردیده است و پیشرفت های جامعه امروزی در گرو استفاده بهینه از فناوری های آموزشی است چرا که آموزش و یادگیری همیشه تحت تاثیر عوامل گوناگونی اتفاق می افتد که این عوامل به انجام هر چه بهتر یادگیری کمک می کند و آموزش مجازی هم از این قائده جدا نیست(مشتاقی، 1392 نقل از رضوانی، 1393). امروزه شبیه سازی و استفاده از آن، کاربردهای گوناگونی پیدا کرده که یکی از آن ها آزمایشگاه های مجازی هستند که با ایجاد محیطی جذاب و بی خطر می توانند باعث ارتقاء کیفیت آموزش و یادگیری شوند. هرچند لذت تجربه یک موقعیت و تجربه واقعی و همچنین تقویت مهارت دست ورزی را از یادگیرنده سلب می کند.

1-2 بیان مساله

هدف از آموزش علوم تجربی،  آموزش پدیده هایی است که در زندگی روزانه مشاهده می شود. در همه نظامهای آموزشی جهان، آموزش و یادگیری علوم تجربی از جایگاه ویژه ای برخوردار بوده و تلاش می شود تا همه دانش آموزان، ضمن آشنایی با اصول و مفاهیم علوم تجربی و کسب سواد علمی لازم، آگاهی های لازم برای یک شهروند مطلوب را کسب کنند.

در ابتدای قرن بیستم رویکرد اثبات گرایی و آموزش با اثبات و فهم مطالب به کمک آزمایش و تجربه تقریباَ با روند ایجاد و رشد تمام رشته ها ی علمی حکم فرما شد. در اوایل قرن گذشته دست اندر کاران آموزش به اهمیت به کار گیری و استفاده از وسایل کمک آموزشی پی بردند و متوجه شدند هر قدر موضوعات علوم پایه عینی و ملموس تر باشد میزان یادگیری بیشتر خواهد شد ( شویک[2]، 1992). بعد از جنگ جهانی اول که نارضایتی بسیاری در علم حاصل شد، معلمین علوم برای تدریس از وسایل آزمایشگاهی و کارگاهی استفاده کردند، این امر باعث شد دانش آموزان علاقه بیشتری از خود نشان دهند و ثمرات استفاده از آزمایشگاه ها در تدریس باعث شد دانش آموختگان با آمادگی بیشتر جذب بازار کار و مؤسسات و کارخانه ها شوند در نتیجه تحول چشم گیری در پیشرفتهای صنعتی در کشورهای غرب ایجاد شد(شویک، 1992). از آن به بعد بود که در برنامه درسی کشورهای موفق در آموزش علوم تجربی، استفاده از آزمایشگاه و انجام فعالیت‌های عملی واقعی، بخش جدایی ناپذیری از موضوع درسی شد و تاکید زیاد بر تحقق اهداف مهارتی و نگرشی سبب شده است تا توجه خاصی به رشد مهارت های دست‌ورزی صورت پذیرد ( بدریان، 1385). از طرفی پیشرفت فناوری بشر امروزی در سده های اخیر سرعت حیرت آوری گرفته و تعلیم و تربیت را به شدت تحت تأثیر قرار داده است. علاوه بر این آموزش و پرورش از این پیشرفت ها در بکارگیری وسایل و روش های جدید بهره جسته است و شکل گیری فناوری آموزشی، میدان جدیدی برای انجام بررسی های علمی پیرامون نحوه به کارگیری وسایل و روش های جدید در امر آموزش ایجاد نموده است و در این راستا آخرین یافته های فناوری در خدمت آموزش در آمده است. نمونه ای از کاربردهای فناوری آموزشی، استفاده از نرم افزارهای آزمایشگاه مجازی می باشد که در سال های اختر رواج و رونق زیادی پیدا کرده است.

شناخت گرایانی همچون آزوبل[3] (1963) و برونر[4] (1960) به استفاده از وسایل دیداری، شنیداری و نمایشی و آزمایشگاهی تاکید می کردند و معتقدند که با استفاده از این وسایل میتوان به درجه بالایی از آگاهی و مهارت عملی دست یافت.

الکساندر[5] و سیلور[6] (1981) اظهار می دارند در یک برنامه درسی منظم که بر مبنای آموزش های عملی استقرار یافته و تداوم یابد می تواند نقشه ای برای هدفهای کلی و جزیی در یک جامعه پیشرفته صنعتی و مترقی باشد. از طرفی این سوال مطرح است که اگر غالباً دانش آموز می تواند با دیدن مطالب را بهتر درک کند، چگونه در دهه های پیشین که امکان و ابزار انجام آزمایش ها حتی در حد جزئی هم وجود نداشت در بسیاری از دانش آموزان حس علاقه و کنجکاوی و پژوهشگری ایجاد شد. از سوی دیگر آیا تکیه بر ارائه اطلاعات صرف در قرنی که تکنولوژی از اهمیت خاصی برخوردار است، می تواند مانند سالهای گذشته نتیجه بخش باشد؟ در حال حاضر که مدارس مجهز به امکانات هوشمند هستند آیا جایگزین کردن نرم افزارهای آزمایشگاه مجازی می تواند جایگزین مناسبی برای آزمایشگاه های واقعی فعلی باشند؟

هودسون[7](1993) در تحقیقی به این نتیجه رسید که انجام آزمایش های علوم تجربی باعث افزایش میزان انگیزه، افزایش توانایی مهارت های عملی و یادگیری آگاهانه دانش آموزان می گردد. در تحقیق هارلن[8](1999) با موضوع تاثیر فعالیت های عملی بر یادگیری علوم نتیجه افزایش قابل توجه انگیزه و یادگیری بود. کومیس[9](2001 نقل از کرمی، 1388) در پژوهش خود نتیجه گرفت استفاده از محیط های شبیه سازی شده کامپیوتری برای انجام آزمایش یعنی همان آزمایش مجازی می تواند بر درک مفاهیم فیزیکی دانش آموزان تاثیر مثبت داشته باشد.

با توجه به اینکه طیف وسیعی از جمعیت ایران را دانش آموزان تشکیل می دهند و همچنین با توجه با اینکه مشکلات زیادی در آموزش و نحوه استفاده از راهبردهای متنوع آموزشی در این امر موجود دارد ضروری به نظر می رسد که پژوهش هایی در مورد تاثیر بکارگیری این راهبردها باید صورت گیرد (شریفی، 1390 نقل از رضوانی، 1393). به همین دلیل  پژوهش حاضر با هدف مقایسه اثربخشی محیط آزمایشگاه مجازی در مقابل آزمایشگاه واقعی گامی در رفع ابهامات در این زمینه و شیوه های موثر در آموزش آزمایشگاهی علوم تجربی بردارد.

1-3 اهمیت و ضرورت مساله

             در یک سیستم آموزشی، قدرت یک معلم، همواره در روش تدریس او متجلی می شود. با ظهور عصر جدید و بروز نیازهای جدید، محدود و تخصصی لزوم تجدید نظر در اهداف تدریس و روش های آن، آشکارتر و ضروری تر از پیش شده است ( اصغری، 1388 ). به همین منظور معلمان در فرآیند آموزش از ابزارهای مختلفی همچون انجام آزمایش بهره می برند.

انجام فعالیتهای آزمایشگاهی مناسب نه تنها سبب عمیق‌تر شدن میزان دانش و آگاهی‌های فراگیران می‌شود، بلکه یکی از مهمترین روش‌ها جهت دستیابی به اهداف مهارتی و نگرشی در برنامه درسی محسوب می‌شود. از طرف دیگر انگیزش و فعال نگهداشتن فراگیران در کلاس درس علوم تجربی چالش بزرگی است که حتی ذهن مدیران و معلمان حرفه‌ای و با تجربه را نیز به خود مشغول کرده است. پژوهش‌ها نشان داده است که به کارگیری شیوه‌های  سنتی رویکرد یاددهی- یادگیری نمی‌تواند پاسخگوی نیازهای آموزشی عصر حاضر باشد.  با خروج از رویکرد آموزشی حافظه‌پرور و به چالش کشاندن ذهن فراگیران از طریق انجام فعالیتهای آزمایشگاهی مناسب و همچنین نگاه بین رشته‌ای به آموزش علوم تجربی، می توان فراگیران را در رویکرد یاددهی- یادگیری فعال نموده و روحیه انجام فعالیتهای گروهی و مشارکتی را در آنها پرورش داد (اصفا، 1385). اما با آنکه بیشتر معلمان به اهمیت استفاده از فعالیتهای آزمایشگاهی در آموزش اثر بخش فیزیک، شیمی و زیست شناسی واقفند و معتقدند که باید در آموزش علوم از فعالیتهای آزمایشگاهی مناسب استفاده شود؛ اما در بیشتر مواقع این امر محقق نمی شود. موانع متعددی وجود دارند که باعث می شود تا معلمان نتوانند به راحتی از فعالیتهای آزمایشگاهی در آموزش علوم استفاده نمایند.

به استناد پژوهشهای انجام گرفته اصفا (1385)، مشخص شده است که عوامل مختلفی سبب کم توجهی به آزمایشگاه و انجام فعالیت‌های عملی در مدارس شده اند.

چند مورد از مهمترین این عوامل مزاحم عبارتند از:

 کمبود امکانات، ابزار و وسایل آزمایشگاهی

 بی توجهی معلمان، مدیران و مسئولان نسبت به انجام آزمایش

3.هزینه بردار بودن برخی آزمایش ها

4. عدم امکان نمایش نتایج برخی آزمایش ها

5. خطرناکی برخی آزمایش ها

از طرفی با ورود تکنولوژی رایانه به مدارس و تبدیل کلاس های سنتی به کلاس های با امکانات هوشمند کاربرد از این ابزار به عنوان یک ضرورت انکار ناپذیر مطرح است. در همین راستا استفاده از محیط های مجازی و شبیه سازی شده در آموزش برای جبران کمبود امکانات آزمایشگاهی و انجام آزمایش هایی مجازی به دور از خطر و یا هزینه های بالا بسیار حائز اهمیت است. اما با این همه، عدم درک و رسیدن به یک تجربه واقعی، عدم کسب مهارت های دست ورزی مورد انتظار و همچنین ایجاد سوبرداشت در نتیجه کار، ایراداتی است که مخالفین استفاده از آزمایشگاههای مجازی مطرح می کنند. بنابراین با توجه به مطالب مطرح شده مهم است بدانیم انجام آزمایش بصورت واقعی بیشتر بر یادگیری درسی همچون علوم تجربی تاثیر بیشتری دارد یا استفاده از نرم افزارهای آزمایشگاه مجازی؟

ابراهیم آبادی، ح. (1389). آموزش و یادگیری در محیط وب و مقایسه فضای واقعی و مجازی. انتشارات پژوهشکده مطالعات فرهنگی و اجتماعی. چاپ اول. بهار.

احمدی، ا. (1391). روشهای پیشرفته تدریس. تهران. دانشگاه آزاد اسلامی.

اصغری سفنجانی، م. (1388). بررسی تاًثیر آزمایشگاه مجازی بر نگرش، دانش، توانش و مقایسه آن با روش معمول در مبحث الکتریسیته دانش اموزان پایه سوم رشته ریاضی فیزیک منطقه 16 در سال 88-87. پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی.

اصفا، آ. (1385). علل اجرا نشدن فعالیتهای عملی در آموزش علوم دوره متوسطه شهر تهران، سازمان پژوهش و برنامه‌ریزی آموزشی، تهران.

السون، م. هرگنهان، ب، آ. (2009). مقدمه ای بر نظریه های یادگیری. علی اکبر سیف. (1390). تهران. نشر دوران.

بدریان، ع. و شکرباغانی، ا. و اصفا، آ. و عبدی نژاد، ط. (1387). اعتبار بخشی الگویی اثر بخش برای انجام فعالیت های آزمایشگاهی در آموزش علوم تجربی دوره متوسطه، فصلنامه  نوآوری های آموزشی، شماره 28 سال هفتم، 156-129.

بدریان، ع. (1385). فراتحلیلی بر جایگاه فعالیتهای عملی در آموزش شیمی، ششمین کنفرانس آموزش شیمی ایران. اهواز.

بدریان، ع. (1384). جایگاه فعالیتهای عملی در آموزش اثربخش علوم تجربی، ماهنامه پژوهش، شماره 51. 35-43.

بدریان، ع. (1385). الگوی نظری آموزش اثربخش علوم تجربی از طریق فعالیتهای آزمایشگاهی، اولین همایش ملی نوآوریهای آموزشی. تهران.

بدریان، ع. (1385).  مطالعه تطبیقی استاندارهای آموزش علوم کشورهای مؤفق و ایران. سازمان پژوهش و برنامه‌ریزی آموزشی. تهران.

رضایی، غ. (1374). تاثیر متقابل علم و تکنولوژی. تهران. انتشارات رانا.

رضوانی بیل داشی، پ. (1393). تاثیر آزمایشگاه مجازی بر راهبردهای یادگیری. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه آزاد واحد تهران جنوب.

رووف، ع. (1384). درسمایه تکنولوژی آموزشی . تهران :  انتشارات مدرسه.

سیف، ع، ا. (1386). روانشناسی پرورشی نوین. تهران: نشردوران.

سیلور و الکساندر. (1372). برنامه‌ریزی درسی برای تدریس و یادگیری بهتر. ترجمه غ. ر. خوی‌نژاد. مشهد: انتشارات آستان قدس رضوی.

شبیری، س، ف. عطاران، م. (1386). بهره گیری از نرم افزار کمک آموزشی فیزیک سوم دبیرستان و بررسی تاثیر آن در پیشرفت تحصیلی و تعامل دانش آموزان در کلاس. پژوهشکده تعلیم و تربیت. دوره23. شماره 84. ص 69.

شعبانی، ح. (1385). مهارتهای آموزش روشها و فنون تدریس. تهران: انتشارات سمت.

شویک، ا. (1383).  آزمایشگاه عملی علوم. ترجمه : ع. ر. توکلی. تهران: انتشارات مدرسه.

صفری، پ. (1385). آموزش علوم و ضرورت نوآوری در همگرایی با فعالیت‌های آزمایشگاهی، اولین همایش ملی نوآوریهای آموزشی، تهران.

صفوی، ا. (1380). کلیات روشها و فنون تدریس: شرکت چاپ و نشر کتابهای درسی ایران.

فراهی، ا. (1389). ارزیابی اثربخشی استفاده از فن آوری عامل های سیار در پیاده سازی آزمایشگاه مجازی. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشکده فنی و مهندسی گروه علمی. دانشگاه پیام نور مرکز تهران. زمستان.

فرخ نیا، م. اسماعیل پور، ا. (1388). مقایسه تاثیر برگزاری آزمایشگاه الکتریسیته به شیوه ی مجازی، حقیقی و جامع بر یادگیری و مهارت دانشجویان.

کاغذگران، پ. قصاب زاده سریزدی، ن. سلیمانی، ص. (1388). رویکردی عملیاتی برای ارئه ی دروس عملی در آموزش الکترونیکی.

کدیور، پ. (1381). روانشناسی تربیتی. تهران:  انتشارات سمت.

کرمی گزافی، ع. یونسی، ج. عزیزیان، ع. (1388). مقایسه میزان تاثیر آموزش آزمایشگاه شیمی به کمک نرم افزار آموزشی و روش سنتی در پیشرفت تحصیلی و نگرش دانش آموزان، نشریه علمی و پژوهشی فناوری آموزش، سال چهارم، جلد 4، شماره 2، 99-91.

مستور، ه. (1391). بررسی تاًثیر آزمایشگاه مجازی و واقعی بر یادگیری و یادداری در درس فیزیک و آزمایشگاه، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم تربیتی. دانشگاه علامه طباطبایی.

معتمدی، ا. (1386). آموزش علوم پایه در ایران " فیزیک". تهران. مجله رشد آموزش فیزیک.

منصوری، ص. کرباسی، س. فراهی، ا. (1390). نگرش دانشجویان پیام نور مرکز گنبد کاووس نسبت به آزمایشگاه مجازی.

موسوی، س، ی. (1388). جزوه طراحی نظامهای آموزشی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب.

مهدی زاده، ح. سعیدی پور، ب. رفعتی، م. عزیزی، م. مرادی، ن. (1390). بررسی تاثیر آزمایشگاه مجازی در میزان یادگیری درس شیمی دانش آموزان متوسطه. مجله پژوهش علوم انسانی. سال دوازدهم. شماره 29. بهار و تابستان.

نشاط پرور، ف. (1391). تاثیر آزمایشگاه مجازی و آزمایشگاه حقیقی بر یادگیری فیزیک. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه آزاد واحد تهران جنوب.

یوخم، و. مرینبور، ی. کوپر، ر. ترجمه ب، عشرت زمانی. س، م، عبداللهی. (1390). نظام های جامع یادگیری الکترونیکی: انتشارات سمت. تابستان.

منابع لاتین                                                                      Reference

-    Anderson, J. R. (1995). Cognitive Psychology and Its Implications: New York: Freemanز.

-    Ausubel, D.P. (1963). The Psychology of Meaningful Verbal Learning. New York:Grune and Strtton .

-    Azar, A,  A. (2010). Comparison of the effects of two physics laboratory applications with different approaches on student physics achievement. Energy Educ Sci Technol Part B, 2:161–185

-    Bajpai, M. (2013). Developing Concepts in physics Through Virtual Lab Experiment: An Effectivenss Study. An International Journal Of Thechnology technol Learn: (1). June.

-    Brunner, J. (1960). The Process of Education; Cambridge, Mass: Harvard University Press.

Colburn, A., (1997), How to Make Lab Activities More Open-Ended, CSTA Journal, No.7 , pp. 4-6

Domin, D.S. (1999). Review of laboratory instructional styles. Journal of Chemical Education, 76, 543-547.

-    Harlen, W. (1999). Effective Teaching of Science. Edinburgh: Scottish Council for Research in Education.

-    Hodson, D. (1990). A critical look at practical work in school science. School Science Review, (70): 33–40.

-    Hodson, D. (1993).  Re-thinking old ways: towards a more critical approach to practical work in school science. Studies in Science Education, (22): 85–142.

Kerr, J.F. (1963) Practical Work in School Science. Leicester: Leicester University Press.

-    Kimbli , G.A. (1961). Hilgard and Marquis, Conditioning and Learning (2nd ed). Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.

-    Logan, F.A. (1970). Fundamentals of Learning and Motivation;Dubluque, Iowa:W. C.Brown Co.

-    Lio, H. Ander, t. & Greenbowe, T. (2008). The Impact Of Learner s prio Knowledge On Their Use Of Chmistry Computer Simulations: A Case Study. J Sci Edue Technol 17.

McComas, W. E (1997, spring). The nature of the laboratory experience: A guide for describing, classifying and enhancing hands-on activities. CSTA Journal, No.1,

 6-9.

Millar, R. (2004) The Role of Practical Work in the Teaching and Learning of Science, The University of York, National Academy of Science, Washington DC.

-    Saylor, J. G., Alexander, W. M. & Lewis, A. J. (1981(. Curriculum planning: For better teaching and learning. New York: Holt, Rinehart, and Winston.

Stamovlasis, D, & Tsaparlis, G. (2003). A complexity theory model in science education problem solving: random walks for working memory and mental capacit. Nonlinear Dynamics Psychology and Life Sciences, 7, 221-244.

-    Tatli, Z. & Ayas, A. (2013).Effect of a Virtual Chemistry Laboratory on students Achievement. Educational Tecnology & Society.

Thomas, J. W. (2000), A Review of research on project- based, The Autodesk Foundation, 111 McInnis Parkway, San Rafael, California 94903

White, R. T. (1996). The link between the laboratory and learning. International Journal of Science Education, 18, 761-774.